雷达液位计应用

雷达液位计应用（精选8篇）

雷达液位计应用 篇1

随着煤化工行业的不断发展, 对煤化工装置中的储罐、球罐、缓冲罐中的液体、浆料、颗粒物位与界面物位测量精度要求越来越高。雷达液位计, 基于时间行程原理的测量仪表, 具有不受温度、压力、惰性气体及蒸汽的影响等优点, 不仅实现了精确测量, 简化了工艺流程, 大大提高了生产效率, 因而在工业生产的物位测量中发挥着重要的作用。

1 雷达液位计

1.1 测量原理

雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波, 这些波经被测对象表面反射后, 再被天线接收, 电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比, 关系式如下:

D=CT/2

式中D——雷达液位计到液面的距离;

C——光速;

T——电磁波运行时间。

雷达液位计记录脉冲波经历的时间, 而电磁波的传输速度为常数, 则可算出液面到雷达天线的距离, 从而知道液面的液位。

在实际运用中, 雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计, 功耗大, 须采用四线制, 电子电路复杂。而采用脉冲波技术的液位计, 功耗低, 可用二线制的24V DC供电, 容易实现本质安全, 精确度高, 适用范围更广。

1.2 接触式雷达液位计

接触式雷达液位计也叫导波雷达液位计, 分杆式和缆式, 由导波杆 (缆) 传输微波脉冲, 主要用于液体或固体的液位和界面测量, 适用于较广范围的温度和压力要求, 不受介质特性的影响, 例如:密度、粘度、电导率、粉尘等。

罗斯蒙特5300系列导波雷达液位计通过导波杆引导低功率、纳秒级微波脉冲, 进行液位物位测量。对于液体界面位置, 当微波脉冲第一次抵达上层介质表面时, 延导波杆反射部分微波回去, 未被反射部分继续向下到达下层介质表面, 即界面时, 也被反射回来。微波脉冲之间的时间差, 换算成距离, 即可得出总体物位或界面的位置。反射强度取决于被测介质的介电常数, 介电常数越高, 反射强度越大。因此该系列适用于大多数液体和固体的液位/物位测量, 以及液体界面位置测量, 其测量精度高达±3mm。

罗斯蒙特5300系列导波雷达液位计采用了直接切换技术 (Direct Switch Technology, 以下简称”DST”) , 使变送器和接收器之间的信号传输实现快速切换, 大大降低了传输中的信号损失。通过DST技术, 可获得更强的信噪比, 对于干扰因素的处理能力也更优越, 因而可测量范围能达到50m, 可处理的介质介电常数可低至1.4。该系列同时还采用了导波杆末段探测功能 (Probe End Projection, 以下简称”PEP”) , 提高了低介电常数和长距离测量的性能, 如果信号的表面回波丢失, 则使用导波杆末端作为参考来计算实际物位。

1.3 非接触式雷达液位计

非接触式雷达液位计也叫调频连续波雷达液位计, 主要通过调频连续波技术测量液位。通过天线发出的雷达信号被介质表面反射后, 天线会自动检测回波。由于信号频率是变化的, 回波频率与天线发出的信号频率不一致, 其频率差与距介质表面的距离成正比, 从而精确计算出液位。在复杂工况下, 反射能量会被削弱甚至完全消耗, 因此就需要更高灵敏度的雷达、最佳天线的类型, 以提高反射强度, 实现测量需求。

罗斯蒙特5600系列, 是四线制非接触式雷达液位计, 其灵敏度和性能是其雷达液位计产品中最高的。5600系列适合于在液位快速变化、工况条件极端的负责反应器中测量固体、液位或浆液的物位, 适用于高温高压环境。

2 FMTP项目中的应用

2.1 项目简介

中国天辰工程有限公司总承包华亭煤业集团有限责任公司年处理60万吨甲醇制20万吨聚丙烯 (FMTP) 科技示范项目 (以下简称”华亭FMTP项目”) 项目选址位于甘肃省平凉市华亭县安口镇石堡子华亭煤业集团60万吨煤制甲醇厂区二期。

2.2 FMTP装置选型与应用

FMTP装置是本项目的主反应装置, 根据工艺要求, 三个催化剂储罐需设置液位计, 实时监测催化剂的物位。由于催化剂为固体, 而且催化剂罐均为直径7米, 高约23米的大型储罐, 因此初步选型三台导波缆式雷达液位计。但是其中两个催化剂罐内分别储存热催化剂及废催化剂, 其最高操作温度可达400摄氏度, 于是最终确定这两台选用罗斯蒙特5601型非接触式雷达液位计, 而常温状态的催化剂储罐则选择用罗斯蒙特5302型导波缆式雷达液位计。

本装置区内甲醇进料罐, 根据工艺要求要设置液位计, 考虑介质为常温常压下的甲醇液体, 故综合考虑选用罗斯蒙特5301型导波杆式雷达液位计。

2.3 PP装置选型与应用

本装置区主要为聚丙烯合成装置, 根据工艺包商鲁姆斯Novolen的工艺要求, 共有5台设备需设置导波雷达液位计。其中2台缓冲罐内介质为常温常压的液体, 故选用罗斯蒙特5301型导波杆式雷达液位计。另外3台粉料手机罐内介质为聚丙烯粉末颗粒, 故选用导波缆式更为合适, 即罗斯蒙特5302型。

2.4 球罐区选型与应用

球罐内介质基本上均为常温状态下单一介质液体, 因此本项目球罐均选用5301型导波杆式雷达液位计, 用于测量球罐内的液位。

3 结语

通过华亭FMTP项目, 初次接触了雷达液位计在煤化工项目中的选型与应用, 。雷达液位计以其高度准确、可靠的直接测量技术, 及无需补偿、无活动部件、无需校准的简洁精确设计, 相信会在煤化工行业的物位及界面测量中, 扮演越来越重要的角色。

摘要：本文主要介绍雷达液位计的原理、类型、特点, 以及罗斯蒙特雷达液位计在华亭FMTP项目中的选型与应用

关键词：雷达液位计,FMTP,物位测量,界面测量

参考文献

[1]薛昊洋.雷达液位计在湿法冶炼的应用.科技致富向导, 2015, (12) :277~278.

[2]罗斯蒙特5300系列产品数据表.2014.10:1~3

[3]罗斯蒙特5600系列产品数据表.2012.6:1~3

雷达液位计应用 篇2

雷达液位计具有故障报警及自诊断功能。根据操作显示模块提示的错误代码分析故障，及时确定故障予以排除，使维护校正更加方便、准确，保障仪表的正常运行。

6、适用范围广，几乎可以测量所有介质

从槽罐体的形状来说，雷达液位计可以对球罐、卧罐、柱形罐、圆柱椎体罐等的液位进行测量；从罐体功能来说，可以对储罐、缓冲罐、微波管、旁通管中的液位进行测量；从被测介质来说，可以对液体、颗粒、料浆等进行测量。雷达液位计的应用

1、安装注意事项

（1）天线平行于测量槽壁，利于微波的传播。

（2）安装位置距槽壁距离应大于30cm，以免将槽壁上的虚假信号误做回波信号。

（3）尽量避开下料区、搅拌器等干扰源，使波束范围内无固定物，提高信号的可信度。

雷达液位计应用 篇3

1 雷达液位计的应用

1.1 选型

雷达液位计的种类繁多, 选型时首先要考虑被测介质的温度、压力、密度、粘度及腐蚀性等特性对其使用性能的影响。因此, 在选型时要针对介质在特定工况下的特性来选取适宜的天线和表头。对于体积较小、形状复杂的罐体或需测量多种液体分界面的应用场合, 推荐采用导波缆天线雷达液位计;对测量环境较复杂的罐体, 如介质易挥发、腐蚀及高压和高温等, 推荐使用非接触天线雷达液位计, 由于液位计与介质不接触, 就能避免由于介质的物理和化学性质影响其计量精度或对液位计本身的损伤。

依据介质测量的目的选择不同测量精度的雷达液位计。如果仅用于内部成本核算, 精度要求不需要太高;如果用于贸易交接, 就必须选择高精度的雷达液位计。为节约投资, 在计量精度满足需求的前提下可选用性价比高的产品。由于雷达液位计的精度、日常维护和使用寿命直接影响企业的生产效率和经济效益, 所以过硬的质量和满意的售后服务对用户来说至关重要。

选型时还需综合考虑其测量范围、频率 (10GHz, 20GHz, …) 、雷达与测量罐体的连接方式 (法兰、G11/2螺纹、12/1NPT) 、防爆/防护等级、信号输出协议 (Modbus/Hart) 和传输方式 (4～20mA电流还是0～5V电压) 这些因素。

1.2 安装

为达到高精度无故障地测量介质的液位, 在储罐上正确安装雷达液位计也十分关键, 液位计的安装分为机械和电气两部分。

1.2.1 机械安装

笔者以ROSEMENT抛物面型天线雷达液位计为例, 说明其机械安装时的注意事项:

a. 倾斜度。液位计中轴线对储罐中心线的倾斜度不同, 其发射波和反射波的行程也不同, 测量精度也会受到影响。因此, 安装时必须使用法兰球将液位计安装在储罐喷嘴上, 再利用水准仪调整变送器的倾斜度, 使其不超过1.5°。

b. 自由空间。抛物面型天线液位计的雷达波束宽度为10°, 在波束范围内从罐顶到测量零点之间的空间即为自由空间。如果自由空间范围内有任何障碍, 如结构加强筋及直径大于2″的管道等, 定会对雷达波产生干扰, 影响测量效果。在安装时, 要注意规避自由空间内的障碍物。

c. 喷嘴。如果采用ϕ20″的喷嘴, 喷嘴高度不得超过0.5m, 喷嘴的直径越大其高度也会更高。此时, 必须将抛物面反射器的边缘与喷嘴底端的夹角控制在5°以内, 从而形成雷达波束的自由通道 (图1) , 满足所要求的测量精度。

d. 本体。雷达液位计本体的安装较简单, 主要是天线、表头与喷嘴的连接 (图2) , 图示位置天线已安装在喷嘴里。安装时要特别注意用水准仪确保天线和表头与储罐中心线的倾角达到要求。

1.2.2 电气部分的安装方法

首先确定雷达液位计配备的模拟输出, 如果有源, 电源线与信号线共用一对线即可;如果无源, 则必须单独给雷达供电, 否则将导致信号丢失和仪表损坏。其接线模式有非本安和本安两种, 非本安接线盒用于连接非本安电源、TRL/2总线和继电器;本安接线盒用于数据采集单元DAU、显示板RDU40、模拟输入和温度传感器的本安连接。还需注意, 通信协议不同接线方式也不同, 所以雷达液位计的电气安装较为复杂。总体上可分为电源接线和信号接线两部分:

a. 电源接线。在石油工业中, 雷达液位计主要用于测量油罐中油液的位置, 因此它的使用和电气接线必须符合该区域的安全等级, 电缆也必须符合相关供电电压准则, 并且要通过适合于该危险区域的认证才可以使用。液位变送器内置有可自动调整的整流器卡件TRC, 以适应连接100～240VAC、34～70VAC和48～99VDC电源电压, 在供电方式上比较灵活。因此, 只要将供电电源线连接至接线盒电源端的L1+和L2-即可。

b. 信号线的连接。雷达液位计通过TRL/2现场总线、现场通信单元FCU和现场总线调制解调器FBM连接至上位机。FBM将TRL/2 Modbus信号转换成通用协议RS232信号, 每条TRL/2总线可以连接8个单元。当变送器与TRL/2总线连接至上位机后, 用Saab TankMaster WinSetup/WinOpi软件对变送器进行组态和初始化, 并实时监控储罐内介质的液位和体积及温度等数据。

另外, 还有继电器、模拟输入/输出、单点和多点温度传感器、数据采集单元DAU、远传显示单元RDU 40及Hart协议手操器等扩展外围设备的接线, 可参照说明书进行设置和安装。

2 雷达液位计的自动控制

从安装在罐顶的雷达液位计接线盒里把引出的电源线与数据线汇总到现场总线电源梳理器和接口单元, 再使用串行通信接口RS485/232连接至工控机, 并完成软件组态和罐区参数的初始化设置[1], 如果需要对现场信号线进行本安隔离, 必须先通过安全栅再连到DCS的I/O端子。这样, 就可以通过DCS系统实时观察罐区介质液位的变化情况了, 再辅以罐区进/出口阀门的自动控制, 使介质液位自动维持在所需的位置, 实现罐区液位的远程自/手动控制、即时掌握实时/历史数据, 并能从雷达液位计自带的组态软件中分析液位的曲线图, 查看生产和设备的历史/实时运行情况, 消除人为干预造成低精度计量的现象[2]。雷达液位计自控系统如图3所示。

3 维护

为延长雷达液位计的使用寿命, 保持长时间的高精度测量, 日常维护至关重要, 而且必须由专业人员或在专业人员的指导下进行。维护过程中一般应注意以下几个方面:

a. 接地保护。为防止漏电对电器元件造成破坏和对正常信号传输的干扰, 需将雷达表头和控制室机柜信号接口处任一一端接地。

b. 瞬间过激电压保护。雷达液位计本身支持这项功能, 但安装时要尽量避开雷电经常活动的区域, 或者做好外部雷击保护措施。

c. 干扰信号。在短时间内液位出现强烈波动时应及时查找原因, 排查故障。天线下方有任何障碍物都有可能使信号变弱而造成测量偏差。因此, 当被测介质是沥青或挥发性较强的介质时, 要定期对天线进行清洗。

d. 接线端口。现场接线端子一定要进行密封隔离, 以免液体侵入造成电源短路、接线端子和电路板腐蚀。

4 故障现象及解决方法

雷达液位计的故障点有很多, 在处理时通过逐步细化功能段, 借助测量仪表工具用排除法解决。首先要初步判定故障是在雷达设备还是在DCS控制部分, 具体方法是对雷达进行单独通信, 如果正常, 说明是DCS出现问题。如果确定雷达设备故障, 需判断是硬件还是软件故障, 如果是软件故障则要利用调试软件进行查看;硬件则需判断是机械部分还是电气部分, 并分析判断最有可能出现故障的模块, 然后用正常模块进行替代, 逐步排除, 找到故障点。有时也可能是几个故障点共同引起的, 就要用完全替换法找出故障所在。笔者列举两个典型的实例来阐述故障处理的一般方法。

4.1 电流漂移

2008年独山子乙烯厂销售部罐区的一台雷达液位计 (现场总线收入) 出现故障, 其表现形式是DCS显示的液位与实际液位存在一定的偏差。在真实液位未知的情况下, 对I/O口信号端进行电量检测, 显示为电压19V、电流22.2mA, 又到罐上用笔记本进行Hart通信, 调试软件Radar Master上显示电流为18.64mA、液位为5.489m, 经查验属正常液位。分析出现此情况的原因, 猜测可能是信号受到外电场干扰产生电流漂移造成的。用调试软件对4～20mA信号进行环路测试和修正, 具体做法是在线路中串联电流表, 在测量的零点液位输入4mA电流, 在测量液位的最高值处输入24mA电流, 测试结果是雷达正常, 可事实证明确实存在零点漂移, 笔者对雷达液位计做了屏蔽干扰信号处理后一切正常。因此, 在对液位计信号线进行布线时不要与强电或干扰源混合走线, 以避免电流干扰影响测量精度。建议每半年进行一次零点漂移校正。

4.2 信号干扰

雷达液位计隐形的不正确安装也可能造成干扰信号, 而且不易被察觉。2008年克拉玛依油田的一个导波缆天线雷达初装时 (空罐) 参数设置如下:

型号 3301HA1S1E5AM1450JBI1MIC1

位号 LT- 408

罐参考高度 17.07m

上盲区 0.15m

天线长度 14.5m

量程 0.15～14.82m

介电常数 空气为1 介质为3

4.2.1 故障现象

对雷达液位计进行初始化后 (图4) , 发现空罐有显示液位 (图5) 。

查对参数设置无误, 说明有干扰信号。进一步分析发现图5所示的曲线呈明显锯齿振荡, 信号强度也不稳定, 说明在P2点约7.6m (即液位9.38m) 处受到了干扰, 排查天线部分的干扰后, 分析出现假液位的原因是雷达波信号根本就没到达罐底。出现此类故障现象的原因很多, 大致有以下几种:

a. 导波天线产生弯曲, 导致雷达波发射遇阻, 或在安装导管内有障碍物产生干扰;

b. 导波缆天线上附着有干扰信号的物质;

c. 液位计附近有电磁干扰;

d. 有电流漂移产生。

4.2.2 故障排除

首先检查天线外观是否有污垢附着, 未发现有异物;接下来小幅、轻微地晃动天线, 未发现周围有干涉物。又怀疑是导波缆过长 (14.5m, ϕ160mm) , 重锤质量小, 又未加装定心环, 造成导波管与管壁接触引起干扰造成假液位。用钢板做几个直径略小于导波管内径的定心环, 安装到天线末端后天线突显效果, 但没过几分钟液位又停留在某个高度, 这时基本可以判定故障部位在天线上。最后, 通过多加几个定位环间接增加重锤质量, 促使天线在竖直方向上呈直线后, 故障排除。

5 结束语

雷达液位计的良好应用对石油液位的准确计量甚为关键, 特别是雷达液位计、执行装置与DCS/FCS相结合的工业自动化控制系统的投运, 大大提高了企业的生产效率。

参考文献

[1]唐黎锋, 于丽原.Saab TankRadar罐区液位监测系统网上数据传输[J].化工自动化及仪表, 2010, 37 (3) :117～119.

雷达液位计在煤化工企业中的应用 篇4

1 概述

工业生产中经常会遇到对容器内固体或液体的物位测量的情况, 针对此情况, 人们制造出了物位测量仪表, 并用其对容器的物位进行了相当精确的测量。目前已知的物位测量仪表可分为静压式液位计、浮力式液位计、雷达液位计、超声波物位计、核辐射式物位计、电容式物位计、玻璃液位计、电极式液位计、音叉料位计等。雷达液位计则是专门测量容器内介质液位的一种物位测量仪表。

雷达液位计是通过天线向被测介质物位发射微波, 然后测出微波发射和反射回来的时间而得容器内液位的一种仪表。雷达液位计的特点有以下两点:第一, 无位移、无传动部件, 非接触式测量, 不受温度、压力、蒸汽、气雾和粉尘的限制, 适用于粘度大的介质、有毒或无毒卫生型介质、有腐蚀性介质的物位测量[2]。第二, 雷达液位计没有测量盲区, 精确度 (分辨率) 可以做的很高, 液位测量误差最高可达1mm (特殊情况下可达到0.1mm) , 故其是一款精度极高的计量仪表, 可作为商用计量仪表[2]。

拜城县众泰煤焦化有限公司为了清晰准确的了解生产区域内各个容器内介质的液位变化情况或有无泄漏情况的发生, 需要对焦炉煤气净化回收过程中相关设备工作环境内介质液位进行测量, 及时了解容器介质分布情况。公司在一些容器内均安装有雷达液位计, 并通过网络通讯设备将液位监测信息及时传到工业调度控制中心, 并通过监控设备实时监控现场环境变化, 其检测数据的准确性和及时性在安全生产中发挥了极其重要的作用, 下面就其结构和工作原理进行详细的介绍。

2 雷达液位计的工作原理

2.1 组成概述

雷达料位计由天线系统、电子部件、微处理器组成。天线系统的作用是为了发射微波脉冲和接收反射回波, 电子部件将时间信号转换成物位信号, 微处理器可以准确分辨出物位回波去除虚假回波。雷达液位计的结构示意图如图1所示。

2.2 测量原理

雷达料位计的天线系统发射极窄的微波脉冲, 这个脉冲以光速在空间内传播, 遇到被测介质表面, 其部分能量被反射回来, 被同一个天线系统接收。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线系统到被测介质表面的距离成正比。通过测量天线发射波与介质液位反射波之间的时间差与微波波速之间的关系来实现容器介质液位的测量。由于电磁波的传播速度极快, 发射脉冲与接收脉冲的时间间隔很小 (纳秒量级) 很难确认。所以需要采用一种特殊的相关解调技术, 可以准确地识别发射脉冲和接收脉冲的时间间隔, 从而进一步计算出天线到被测介质表面的距离[3]。

目前有两大类雷达液位计, 一类是发射频率固定不变, 通过测量发射波和反射波的运行时间, 并经过电子部件被转换成物位信号。一种特殊的时间延伸方法可以确保极短时间内稳定和精确的测量。即使工况比较复杂的情况下, 存在虚假回波, 用最新的微处理技术和调试软件也可以准确的分析出物位的回波[4]。这类雷达液位计的运行时间与液位距离的关系为t=2d/c式中:c:电磁波传播速度;d:被测介质液位和测量探头之间的距离;t:探头从发射电磁波至接收到反射电磁波的时间, 单位s。另一类是测量发射波与反射波之间的频率差, 并将这频率差转换为与被测液位成比例关系的电信号。这种液位计的发射不是一个固定频率, 而是等幅可调频率[5]。

3 雷达液位计的安装及通讯

新疆拜城县众泰煤焦化有限公司在工艺罐体反应装置、地下放空槽体、产品存储设施、地下水处理设施均安装有雷达液位计。自雷达液位计安装以来, 总体使用效果良好, 在长期的使用和设备维护过程中了解了设备的特性并积累了大量的现场经验。

3.1 安装要求

天线发射微波脉冲时, 都有一定的发射角。从天线下缘到被测介质表面之间, 由发射的微波波束所辐射的区域内, 不得有障碍物。因此安装时应尽可能地避开容器内设施, 例如:人梯、限位设备、加热设备、搅拌设备、支架等。另外须注意微波波束不得与加料料流相交。雷达液位计设计安装时应注意以下几点:

(1) 最高液位不得进入液位计测量盲区。

(2) 液位计距容器壁必须保持一定的距离, 一般不少于200mm。

(3) 液位计的安装方向应尽可能使天线的发射方向垂直于容器内被测介质的液面。

(4) 如液位计安装在防爆区域内, 必须遵守国家防爆危险区的安装规定。

(5) 防爆型液位计的外壳采用压铸铝金属材料。

(6) 防爆型液位计可以安装在有防爆要求的场合, 液位计必须可靠接地。

(7) 对于锥形容器且容器顶部为平面, 则液位计的最佳安装位置是容器顶部中央的位置。

(8) 对于安装在室外或者极其潮湿环境的液位计, 应做遮阳, 防雨和防潮处理。

(9) 被测容器接管的长度必须保证探头伸出接管10mm以上[6]。

(10) 仪表不可安装在拱形或圆形的灌顶位置, 容易造成多次反射回波, 影响测量精度。

3.2 雷达液位计的通讯

雷达液位计的通讯系统的最基本的构成包括专用的数据采集系统、探测器、信号处理单元及其通讯线路。其构成应满足以下要求:

(1) 选用4~20m A输出作为通讯信号, 将输出信号传递到信号处理单元在中央控制室电脑显示并设定相关的联锁保护系统及报警记录设备。

(2) 若液位信号达到报警值以后立即触发相关联锁装置使液位远离报警液位。

(3) 雷达液位计的数据采集系统, 采用专用的信号处理单元, 具有独立的供电电源和备用电源, 不能接入其他信号处理单元, 以避免数据处理紊乱。

(4) 按照雷达液位计安装规范设置液位报警记录设备, 报警的历史数据能够作为分析处理故障的依据。

4 影响雷达液位计测量的因素

4.1 压力

雷达液位计虽然在传播微波信号时不受容器内空气密度的影响, 所以在真空或受压的环境下也能正常工作。但是由于液位计的结构原因, 当容器内的压力高于某一范围时, 雷达液位计就会产生较大的测量误差, 故其在使用过程中不能使容器内压力超过该允许压力。当然不同公司的产品使用过程中对容器的最高压力要求是不同的, 选型时需特别注意。

4.2 温度

雷达液位计在传播发射微波时, 不需要空气作为传递介质, 故容器内空气的温度变化对微波的传播速度没有任何影响。但是, 雷达液位计的天线系统、电子部件、微处理器却不耐高温, 所以高温环境中雷达液位计测量会有部分误差, 必须保证天线系统处于合适的工作温度才能正常工作。

4.3 被测介质的相对介电常数

介质的相对介电常数是由其本身决定的, 因此不同的介质拥有不同的相对介电常数。如果介质的相对介电常数过小, 则会造成反射微波的衰减增大, 造成反射微波的信号极大地衰减, 影响测量数据。

4.4 液体的湍动和气泡

液体的湍动和气泡不仅会造成微波的散射和吸收, 还会造成微波的反射和折射, 二者都会使反射回的有效微波信号的强度受到极大地衰减, 影响雷达液位计的正常测量。

5 雷达液位计的管理措施

雷达了液位计自投入运行以来, 提高了对生产现场容器液位在线监测的准确性和稳定性, 通过对容器液位精确的测量、监测和联锁保护, 给操作工人判断设备运行环境中设备运行状况提供了很好的依据, 直接为生产系统的安全稳定运行提供了可靠保障。

由于化工生产现场环境比较复杂, 容器液位的测量受到多方面的影响, 如果不能精确的测量出容器的液位变化情况, 极易发生不可挽回的安全事故, 造成人员和财产的重大损失。针对如何解决化工生产中雷达液位计的安装、使用、维护和故障处理, 提出以下建议:

1) 针对被测量介质的属性, 测量环境和容器结构等状况进行雷达液位计的选型工作。

2) 严格按照雷达液位计的安装规范, 进行液位计的安装。

3) 必须严把采购时雷达液位计的质量关, 必须严格按规定采购符合国家及行业标准的产品。

4) 必须保证雷达液位计安装前经国家相关标准计量部门进行检定, 检定合格后, 方可投入使用。并建立检定台账, 确保雷达液位计按时进行检定, 测量值准确可靠。

5) 建立雷达液位计安装使用台账, 掌握其分布, 及时记录更新每台仪表的测量数据, 实施动态化管理。

6) 加强对设备的日常维护工作, 做到及时发现隐患, 及时处理。

7) 对于特殊重点容器内液位计的安装使用, 可使用双液位计, 即安装两种不同测量方式的液位计, 强化了容器液位测量的准确性。

摘要：工业生产环节中, 对各种生产罐体、产品储罐及地下槽体的液位进行精确测量对整个生产过程中设备的安全运行起着重要的作用。通过对拜城县众泰煤焦化有限公司生产过程中使用的雷达液位计的基本原理、使用特点和影响因素的详细介绍, 为化工企业生产中雷达液位计测量仪表的选型、安装和管理提供了参考。

关键词：雷达液位计,液位,测量,选型

参考文献

[1]贾保峰, 毛志民, 王立刚.激光气体分析系统在焦炉煤气净化中的应用[J].广东化工, 2015, 42 (24) :108-109.

[2]张文萍.雷达液位计的测量原理与常见故障处理[J].化工文摘, 2008, (3) :62.

[3]童宏福.雷达物位计在江口圩站水位观测中的应用[J].甘肃水利水电技术, 2012, 48 (1) :10-11.

[4]周劲松, 张霞.雷达液位计应用浅析[J].安徽化工, 2009, (6) :12-14.

[5]朱炳兴, 王森.仪表工试题集[M].北京:化学工业出版社, 2002.

雷达液位计应用 篇5

1 雷达液位计的应用

1.1 雷达液位计的选型

储油罐液位仪表的选用主要考虑以下因素:

a.油罐大小。对于50km3的大型油罐,应选择可靠性较高的仪表。

b.使用目的。对于直接输转或装船的油罐,要选用精度较高的贸易级而不是过程监控级仪表。

c.储存介质特性。因原油粘度大、凝点高,应选用非接触式仪表。

d.操作维护性。应选用易操作、易维护、易安装和维护费用低的仪表。

e.数据传输性能。要求仪表数据能实现远传并就地显示,接口要标准化。

考虑到以上问题,该油库选用了SAAB雷达液位计。SAAB ROSEMOUNT雷达液位计的特点是:采用调频连续波(Frequency-Modulated Continuous Weve,FMCW)原理,工作基本频率为10GHz;与被测量介质不接触;平均无故障工作时间(MTBF)为65年;测量不受环境温度影响,内部的恒温和自校准技术保证了没有偏移;可以接入就地显示单元,可以实现温度和其他测量信号的就地显示;无移动部件,无需维修,维护工作量小;可靠性高,精度高,能提供±0.5mm计量级液位精度;容易安装,无需特别的工具和方式;超高灵敏度与独特信号处理的能力使之能有效处理复杂的工艺条件;具有高度灵活性,发射器头与天线都有互换性;能使用基于微软视窗的PC软件或经就地带键盘的显示器实现人-机对话式的设置;输出为可选的4～20mA叠加HART信号,数字式Profibus DP或TRL2现场总线信号。

1.2 实际生产中液位计系统的组成

SAAB雷达液位计(图1)主要由3部分构成:RTG(Radar Tank Gauge)是安装在罐顶的雷达液位测量装置,它不与被测介质直接接触;DAU(Data Acquisition Uint)用来连接外部的传感器等,有SDAU和IDAU两个型号,除了有温度测量接口外,还可以连接温度变送器;FCU(Fileld Connection Unit)是一个Gata Way和数据收集器,在上位计算机和现场总线之间起连接作用,每台设备最多可连接4条现场总线,每条总线最多可挂8个单元,也就是说,一台最多可连接32个罐。

现场RTG和DAU通过屏蔽双绞线与FCU相连,FCU与RTG的通信采用TRL/2现场总线,该总线传输可靠,传输距离长(可达到4km),FCU和上位计算机采用RS-223C连接,TRL/2现场总线和RS-223C都通过Modbus RTU通信协议进行通信[1]。

2 雷达液位计在工作中出现的故障及解决方法

2.1 通信问题

若通过上位机软件TankMater连接,和雷达表头通信不上,读不到其UI号。首先需要查看上位机是否工作正常,若其他罐液位温度显示正常,则可排除上位机、软件工作不正常;其次需要查看机柜中雷达液位计的供电线路、信号线路是否畅通,例如:保险是否完好、电缆线是否有接地状况、220V电压是否送出等,如有相应状况则应处理后检查雷达表头是否通信正常;再次需要登上罐顶,检查接线端口是否密封正常,不应有液体进入,避免其造成短路,腐蚀接线端子和电子元件。

经过以上检查,都没有发现问题,则判断为雷达表头有板卡或元件损坏,需要拆开防护罩,将雷达表头取回实验室进行进一步检测。

雷达表头主要由以下几个卡件组成:变压器整流卡件TRC(Transformer Rectifier Card),ROSE-MOUNT雷达液位计提供交、直流自适应式24～240V电源TRC,它主要起到交、直流转换的作用;现场通信卡件FCC(Field Communication Card),FCC负责处理与外部装置的通信,不同的现场通信卡件对应不同的协议(Hart、FF及Modbus等);信号处理卡件SPC(Signal Processing Card),SPC主要通过远程编程来保存特定监测器数据;模拟处理卡件APC(Analogue Processing Card),APC主要用于模拟输入信号的滤波和多路复用传输,通过使模拟电路集中在单独的卡件上,可得到极高的信噪比;变送器接口卡件TIC (Transmitter Interface Card),本质安全辅助输入需要使用此卡件;温度多路复用卡件TMC(Temperature Multiplexer Card),TMC用于连接多达6台的温度传感器,包括平均温度传感器和单点温度传感器;主板MB(Main Board),MB主要用于连接各功能卡件。

日常仪表维护人员或仪表技术员对雷达表头各板卡工作原理并不一定十分精通,所以只需要判断出问题所在即可。在了解各块板卡功能后,可以采取通过跟备用件逐一更换板卡的方式来判断板卡的好坏,并及时更换,报与厂家进行专业维修和处理。

2.2 虚假液位

实际工作中可能出现上位机液位显示为一个固定值,不随罐内原油实际液位升、降而改变的情况。原因是:

a.原油是高粘度、高凝点液体,实际储存中往往需要进行蒸汽伴热使原油保持一定流动性,蒸汽温度过高会产生大量油气,如排出不及时,长时间运行会腐蚀导波管;

b.高液位到低液位时,如果室外温度低,则罐壁、导波管温度远低于罐内原油温度会导致导波管挂有原油。

一旦出现液位信号变弱或者干扰信号变强的现象,应首先考虑对天线进行清理;其次查看导波管内是否有障碍物。

2.3 液位在过高或过低时测量不准

雷达液位计在测量罐顶时,考虑到被测介质对天线腐蚀性及粘附影响,液面要与天线保持一段距离;在测量罐底时,发射波可能穿透罐底液面,打到罐底,这样反射回来的波就是干扰波,或者罐底为凹形或锥形时,当液面低于此点时,雷达液位计也无法测量,因此在信号处理上,要注意上、下门限值的选定[2]。

2.4 上位机显示液位值为灰色不变值

该情况的发生是由于在有效的测量范围内没有接收到超过阈值电压的回波。进行检测时,需要实际液位在1m以上才能在上位机上操作。打开View Input Registers,读取值,在rtg-status里查看valid-level(有效液位)值是否为1,如果为0证实没有有效液位传回,则打开View Holding Registers查看地址41项值,此值默认为400,根据实际情况可将此值改小,但必须为10的整数倍。每次改变值后,需要扫描下波形,阈值应设置到有效液位峰值的1/3以下。

2.5 雷达液位与实际液位有误差

雷达液位与实际液位相差1m以上时,可通过改变Tank Reference Height(R)和REX Reference Distance(G)值来完成校准(图2)。

雷达液位与实际液位相差0.01～1.00m并且为固定值时,可通过修改Calibration Distance(C)值来完成校准。

雷达液位与实际液位相差±1cm时,应在获得多组雷达液位显示与实际液位对比数据后,在上位机上输入数据通过软件进行校准。具体操作为:打开calibuate/calibrate data/将数据填入弹出的表格中/save/write new calibration data to rtg。完成操作后,系统将自动校正曲线到横轴,完成校准。另外,需特别注意的是:在每次校准完成后,应清除实际液位与雷达液位数据,防止下次进行校准工作应用老的数据。

3 结束语

雷达液位计具有适应复杂的环境和非接触测量的优势,经过多年快速发展,技术比较成熟,成本大幅降低,测量精度大大提高,所以雷达液位计必将以其独到的优点在石化行业中得到更广泛的应用。

摘要：介绍雷达液位计的选型依据和某油库液位计监测系统的组成,详细地阐述了雷达液位计应用中的常见故障和维护方法。

关键词：雷达液位计,选型,RTG,DAU,FCU

参考文献

[1]宋春花,靳春义.SAAB雷达液位计的液位标定[J].工业计量,2002,12(S1):164-165.

雷达液位计应用 篇6

1 石油化工业中导波雷达液位计使用概况

导波雷达液位计为根据时域反射的原理进行设计的一种仪器。它的电磁脉冲波用光速沿着波导体 (探头) 向下传送, 在遇到被测的介质表面时, 其部分脉冲可被反射形成回波而且沿相反的路径返回至脉冲发射装置, 使用超高速的计时电路 (电子表头) 能精确地测量出脉冲波传导的时间, 发射装置和被测介质的表面距离和传导时间应成正比, 通过计算就能够得到液位的高度。

1.1 导波雷达液位计的组成

导波雷达液位计主要包括有液位计电子表头和过程连接以及探头三个部分。其过程的连接包括有法兰连接和螺纹连接两种, 导波雷达液位计很适用在测量绝大部分过程的容器及储罐, 连接容器与旁路容器的液位, 其测量温度与压力限制在探头的额定温度与压力范围里。其外假若工艺过程的温度太高, 还能把导波雷达液位计放在容器中的旁路管里, 如此也可起到一定降温的作用。

1.2 导波雷达液位计的测量原理

脉冲发射的装置进行电磁波信号的发射时, 到达介质的表面后返回后, 信号会逐渐衰减。这时候信号的强度同介质介电常数是成正比的, 介电常数数值越大, 其反射的信号也就越强;而相反的, 反射的信号越弱。现在导波雷达液位计可以测量最低的介电常数是1.4的介质液位。其外高导的电性介质 (比如水) 产生的较强反射脉冲;但低导电性介质 (比如烃类) 可产生比较弱的反射脉冲, 低导电性的介质让有些电磁波可沿探头 (波导体) 经过液面继续向下传导, 一直到全部消散或者被一种较高的导电性介质反射回来。依照这一特征, 能采用导波雷达液位计测量这2种液体界面 (比如油或水的界面) , 需要具备的条件为界面下的液体的介电常数应该远远大于界面上的液体介电常数。

2 雷达液位计

2.1 石油工业中雷达液位计使用原理

雷达液位计为一种非常先进的适用与石油工业的应用脉冲雷达技术确定物位的测量仪表。可发射出一串雷达脉冲并将反射回波进行分析从而计算出距离。它在结构包含一个带有外壳的电子元件, 将其安装在一个带有法兰的天线部件之上。电子部件会产生5.8GHz的雷达信号, 并将信号直接送至天线, —个连接至法兰安装中心的Teflon材料的绝缘棒。且雷达信号以天线作为轴线进行发射, 并且沿这个轴线在限定锥形束角里进行推进传播, 雷达信号用反比于距离的二次方的强度逐渐衰减。雷达信号在发射以后, 会遇到被测液体的表面然后反射回来, 其反射回波可在电子单元接收器内被天线接到。回波是由容器里产生状态变化的包络线进行存储。对此包络线进行分析那么雷达天线与物料表面间的距离也就可被计算出来。

2.2 雷达液位计的特点

(1) 安装使用ANSl, DIN法兰或者卫生型的卡箍, 不需要动火, 危险性比较小;

(2) 其结构比较耐腐蚀, 多为铝制或者不锈钢的外壳, 其寿命比较长;

(3) 可以连续使用, 不需要使用人工测量;

(4) 发出的信号可远传, 有利于观察液位改变;

(5) 其计量的精确度比较高, 而且产生的误差比较小。

3 导波雷达液位计与雷达液位优缺点比较

导波雷达液位计同雷达液位计在石油工业中的应用上各有其优缺点。两者在一般情况是可以通用的。使用普通的雷达为非接触式的测量, 使用导波雷达为接触式的测量, 也就是说导波雷达更加需要对介质腐蚀性与粘附性进行考虑, 且过长的导波雷达在安装与维护方面愈加困难。但普通的雷达可互相交换使用, 但导波雷达因为导波杆 (缆) 的长度按照原工况来确定, 通常是不可互相交换应用的, 而受到这种影响使导波雷达在型号选择上比普通的雷达更麻烦。对固体物料进行测量的时候, 导波雷达还需要考虑到导波杆 (缆) 受力的具体情况, 正因为受力原因通常用导波雷达测量的距离不会太长, 但是普通雷达可在三十或40米罐体上使用, 有时甚至能测量到六十米。但在某些特殊的工况下导波雷达是有明显的优势的, 比如罐内有搅拌, 或者介质波动大等这样的工况使用底部固定的导波雷达进行测量, 得到的数值比变通的雷达稳定的多;另外还有小罐体里物位的测量, 因为安装测量的空间小 (或者罐内的干扰物比较多) , 通常普通雷达的是不适用的, 此时导波雷达所具有的优势也就得到了充分体现;另外低介电常数的工况下, 不管雷达或是导波雷达其测量原理均为根据介质介电常数的差别, 因为普通的雷达发射的波是发散的, 在介质介电常数过低的时候, 信号太弱则测量的结果不稳定, 但导波雷达波因为是沿导波杆进行传播信号的, 所以相对稳定, 而且一般的导波雷达也具有底部探测的功能, 能按照底部的回波信号测量的值进行修正, 让信号更加稳定和准确。

4 结语

概言之, 在石油工业中使用导波雷达液位计的测量数据不受设备形状的左右, 而且也不被介电常数、温度以及压力和密度等不同条件变化影响, 其测量的长度不需要标定, 得到的测量数据具有精度高、可重复性和分辩率高的特点, 具备多种的探头类型与材质能进行选择, 且数字化的显示也可供选, 并且维护量少, 能很好地用于石油化工的设备中对烃类和其他的介质液位的测量。伴随其价格不断降低, 其性价比也逐步得到提高, 所以GWR的应用将会越来越广泛。而雷达液位计为一种非接触式的无可动部件的真正免维护的液位测量仪表。这种仪表通过多年的实践应用和技术改进, 现在也广泛应用在石化行业, 也得到了用户的认可。液位测量仪表种类繁多, 每种测量方式均有其特点和针对性。雷达液位计在液位测量中可以满足一定的测量要求, 其工作性能稳定可靠, 操作方便安全, 抗干扰能力强, 可测介质多, 可以达到较高的测量精度, 所以雷达液位计必然会以其特点和优势在石化行业中得到广泛的应用。但雷达液位计同样具有其局限性, 如过高的价格, 对介质的相对介电常数有一定要求等。因此在选用时, 应按照实际应用场合的需求、工程项目特点、设计条件和费用等方面来综合考虑, 保证经济适用、安全可靠。

参考文献

[1]刘伟佳, 赵辉, 唐美芹.一种导波雷达液位计的设计与实现[D].自动化与仪表, 2009, (11)

[2]吕琴梅.导波雷达液位计在液位测量中的应用[J].上海电机学院学报, 2011, (10)

[3]石利琴.雷达液位计的选型及应用[J].计量技术, 2005, (07)

雷达液位计应用 篇7

苯乙烯的生产过程具有高真空及易聚合等特点,为此,陕西延长石油( 集团) 有限责任公司延安炼油厂苯乙烯装置在储罐及塔器等液位测量的设计中,大量采用导波雷达液位计来实现相关液位的较准确测量。但是,导波雷达液位计在苯乙烯装置使用中存在一些问题,笔者在仔细分析原因之后,有针对性地提出了解决办法。

1导波雷达液位计的工作原理

雷达液位计采用时域反射原理( Time Domain Reflectometry,TDR) ,电磁脉冲以光速沿钢缆或导波杆( 缆) 传播,当遇到被测介质表面时,部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置,发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比,进一步计算发射脉冲和回波脉冲的时差就能得到发射电路到该介质接触点的距离[2,3]。行程时间原理( TOF) : 发射出一个机械波或电磁波,该波以波速C进行传播,波在介质表面被反射,接收反射波,测量运行时间T, 计算接收中心与反射表面的距离D = T × C /2。

导波雷达液位计采用TDR原理与等效时间采样( Equivalent Time Sampling,ETS) 技术,测量发射与反射脉冲之间的时间差,通过等效时间采样技术将纳秒级的传导时间放大为毫秒级,采用优化的识别算法进行处理,对虚假回波进行有效抑制和屏蔽,从而达到精确测量的目的。

2导波雷达液位计的优缺点

常见的回波法液位仪表有: 超声波物位计、非接触雷达及导波雷达等。

超声波是机械波,机械波在传播过程中会受到传播介质稳定程度的影响。引起空气波动的因素很多,如粉尘、气浪、蒸汽及料流等,同时会降低回波质量,致使液位计很难识别出有效回波,直接影响测量效果。超声波在现场应用时要考虑被测介质的空间状态和表面状态,当粉尘及气浪等现象严重时,建议用低频超声波物位计。

Radar一词来源于无线电探测和测距( Radio Detection and Ranging) ,因非接触式雷达物位计发射和接收的是电磁波,相比超声波液位计有诸多优点,即精度高且使用范围广等,而且发射与接收均不与测量介质接触; 高频电磁波易于长距离传输,可测量大量程; 测量不受液面上部空间气相条件变化的影响。雷达液位计发射和接收高频 ( GHz) 电磁波,通过计算发射波和回波时间进行液位测量,与超声波液位计相比优点突出: 超声波液位计声纳所发出的声波是一种通过大气传播的机械波,大气成分会引起声速的变化,如液体蒸发汽化会改变声波的传播速度,从而引起超声波液位测量的误差,电磁波可在气体介质中传播,并且气体的波动变化不影响电磁波的传播速度,故雷达液位计就有了更加广泛的应用空间。

导波雷达液位计则弥补了雷达测量液位中的缺陷,雷达液位计 + 导波杆( 缆) = 导波雷达液位计,导波雷达液位计多了一个能定向集中传输电磁波的导波体,为信号至液面往返传输提供了一条高效通道,导波雷达输出到探头的信号能量非常小,约为常规雷达发射能量( 1. 0MW) 的10% ( 约0. 1MW)[4],信号衰减保持在最小程度,因而不能用于测量介电常数很低( 小于1. 4) 的液体。 此外由于导波雷达耗能小,采用回路供电而不是单独的交流供电,从而节省了安装费用。普通雷达为非接触式测量,导波雷达为接触式测量,这样就意味着导波雷达更需要考虑介质的腐蚀性和粘附性,而且过长的导波雷达缆绳安装和维护相对困难。测量固体物料时,导波雷达还要考虑导波杆( 缆) 的受力情况,也是由于受力的原因一般用导波雷达的测量距离不会很长。在一些特殊工况导波雷达有明显优势,如罐内有搅拌且介质波动大的工况,用底部固定的导波雷达测量要比变通雷达稳定; 还有小罐体内的物位测量,由于安装测量空间小( 或罐内干扰物较多)[5],一般普通雷达不适用,这时导波雷达的优势就显现出来了; 还有低介电常数的工况,无论雷达还是导波雷达测量原理都是基于介质介电常数的差别,由于普通雷达发射的波是发散的,当介质介电常数过低时,信号太弱测量不稳定,而导波雷达波是沿导波杆 ( 缆) 传播信号的,因而相对稳定; 另外一般的导波雷达还有底部探测功能,导波雷达液位计可以根据底部回波信号修正测量结果,使信号更为稳定准确。

3应用实例

在导波雷达的应用中,最好能通过专门的组态软件完成组态和分析,比如E + H的Field Care或Rosemount的Radar Master,通过分析回波曲线,能够直观检查雷达液位计的工作状况。

3.1安装

陕西延长石油( 集团) 有限责任公司延安炼油厂苯乙烯装置污油罐上安装导波雷达液位计后,一直存在液位波动大的问题。起初排查问题的焦点一直在参数的设置上,可是多次调整相关参数而问题仍未得到彻底解决。通过观察该雷达的回波曲线,发现雷达液位计导波杆( 缆) 末端有强烈的正向回波信号,如图1所示,并且在安装法兰侧存在异常的参考回波,经分析这就是导致导波雷达液位计不能正常工作的原因。

问题找到后,对该仪表的安装短管进行了扩径,由原来的DN40mm改为DN80mm,异常参考回波信号消失。对于底部异常正向回波,是因为导波雷达液位计末端与容器内伴热盘管相接触, 产生了信号接地,致使雷达波与容器存在信号短路,从而产生强烈的正向回波,在与工艺确认后, 将导波雷达液位计的导波杆( 缆) 截短,调试投运后的回波曲线如图2所示,回波曲线达到理想状况,罐体液位指示准确。

3.2杂波干扰的处理

导波雷达液位计接收到的信号有些是容器内障碍物或多次回波产生的杂波,这些杂波信号也会随着液位的变化而变化,从而产生虚假液位,如图3所示。

这些干扰或杂波信号可以通过干扰波信号阈值进行剔除,适当调整回波阈值,将回波阈值抬升至实际液位回波信号强度的一半左右,以消除和屏蔽杂波干扰,保证真实液位信号能够被识别出来,如图4所示。

3.3底部回波算法的原理与应用

电磁波在穿越空气和液体时,其传播速度会发生变化,这就使得在回波曲线图中看到的导波杆( 缆) 的末端长度会比实际长度要长,即存在末端偏移量( End of Probe-shift,EOP-shift) ,如图5所示。利用这一现象,即使回波信号很微弱,物位L也可通过末端回波信号 ( EOP-signal) 的计算得到,使导波雷达的应用更加广泛[6]。在EOP-shift和物位之间存在如下关系:

其中末端回波斜率EOP-slope( End of Probeslop) 是一个与介质介电常数 ε 有关的量 ( ε = ( EOP-slope + 1)2) 。若物位信号和EOP-signal可以被检测到,那么EOP-slope就可以不间断地重复计算,当回波消失时物位就可以通过式( 1) 计算得到。

导波雷达液位计常被应用于低介电常数场合 ( 如液化气) ,低介电常数介质产生的回波信号也比较弱,在存在杂波和干扰波的信号中检出正确的液位回波就要困难些,应用基础的回波定位法测量液位[7]有时就难以实现,通过改变回波阈值也起不到作用,此时就可以考虑应用底部回波算法来解决。如图6所示,箭头所指为真实液位的回波,导波雷达液位计很难从回波中找到真实液位,液位曲线呈跳变状态,测量无法进行,在应用底部回波算法后,该问题迎刃而解,底部回波算法使导波雷达具有了一种冗余测量物位的方法,达到了高度的可靠性和安全性。

4结束语

尽管导波雷达液位计具有较强的信号处理和分辨功能,能从大量的杂散波中分辨出真实的液位信号,但当用于复杂安装环境时( 如设备内存在构件、泡沫和粉尘) ,对其实际工作性能会有影响,因此在安装时需特别注意。对导波雷达波形识别算法的改进和优化,使得导波雷达液位计在工业生产中发挥了重要的作用。

摘要：通过分析导波雷达液位计在苯乙烯装置使用中存在的问题,有针对性地提出了解决办法。

雷达液位计应用 篇8

在火力发电厂,设计要求液位测量是实际的水位值。目前大多数设计中,采用平衡容器配差压变送器测量。而低压加热器的结构、负压工作环境给测量方案带来挑战。许多新投产机组就将7、8号低加液位改造列入技改项目,大唐宁德电厂采用导波雷达改造低加液位计取得了很好的效果,值得其它同类型机组改造方案借鉴。

1 7、8号低加水位测量改造前存在的问题

宁德电厂600MW机组7、8号低加水位测量采用双室平衡容器配差压变送器测量,是具备自我补偿能力的水位测量装置。在平时的应用中双室平衡容器主要存在以下问题:

1.1 7、8号低加容器的压力变化影响水位测量准确性

因为低加汽侧工作在负压区,一旦有漏点吸入空气后导致低加汽侧蒸汽分压力下降,对应的饱和温度下降,凝结在平衡容器汽侧水室和变送器汽侧(正压端)表管内的凝结水少量蒸发,使变送器正压端静压力下降,而变送器水侧(负压端)与低加水侧连通不受影响,这样,变送器测得差压值变小,差压值变小测量水位值就变大,出现虚假水位。当低加全部或部分解列导致凝结水温度急降,引起低压加热器内部压力急降,进而平衡容器差压式水位值显示偏高且波动大,从而引起水位调节阀误动作,这在生产实践中常常遇到。

1.2 温度变化影响水位测量准确性

(a)差压变送器温度补偿采用取容器内平均温度,室外环境温差较大时,会导致容器内温度的变化,因此无法采用温度跟踪测量。

(b)环境温度变化影响变送器汽侧(正压端)表管内的凝结水凝结速度,温度低时快,温度高时慢,从而出现正压侧取样管内水位不能满度。温度变化每10℃影响测量出现误差2%。

(c)低加容器内温度的变化会使水的比重产生影响,出现测量误差。

1.3 启动特性差

每次启动都至少需要1小时,汽侧凝结水才能使正压管内水满,影响低加水位的监视与水位自动调节系统和水位保护的投入。

1.4 安装要求高

平衡容器差压原理配差压变送器测量,一般要求测量取点位置要好,否则将出现2%～5%的测量误差。

大唐宁德电厂3号机组投产后因双室平衡容器存在上述问题,导致7、8号低加水位自动投入率低,负荷波动时需要手动频繁调整,水位保护频繁动作,为此不得不保持事故疏水一定开度维持低加水位压低限运行,这必然导致高温蒸汽未经疏水冷却段而走短路回凝汽器,造成机组热耗增大。为此采取了多种方法处理均未解决上述问题。

2 导波雷达液位变送器的原理及特点

2.1 Magnetrol导波雷达液位变送器采用了TDR(时域反射)原理。

这种原理是由发生器产生一个沿导波杆(探头)向下传送的电磁脉冲波,但遇到比先前传导介质(空气或蒸汽)介电常数大的液体表面时脉冲被反射,再用超高速计时电路计算出脉冲波从发射到接受的传导时间,传导时间与电磁脉冲波速度乘积的一半即为液体表面到变送器底部的位移,从而实现对液位的精确测量。

2.2 Magnetrol导波雷达液位变送器对液位测量性能不受工艺条件的影响,如:

(a)压力:只要在耐压工作范围内,压力的变化或真空(负压)不影响测量。饱和蒸汽工况可耐压11MPa.

(b)温度:只要在耐温工作范围内,温度的变化不影响测量。饱和蒸汽工况可耐温315C。

(c)比重:比重的变化不影响测量。

(d)介电常数:介电常数的变化不影响测量。

除却以上四点以外,Magnetrol导波雷达液位变送器液位测量还有其他的优秀性能:如无需现场校验,组态时无需改变液位且非常简单;由于采用时域反射原理,测量的将是实际的液位;电磁脉冲波的传导采用同轴金属杆,大大提高了测量精度,测量误差可达0.1%;安装可选用顶部安装和外筒侧装两种方式,等等。

综上所述,Magnetrol导波雷达液位变送器对负压工作环境下的低加和凝汽器水位测量带来了新的契机,同时给维护、安装、校验带来了极大方便。

3 7、8号低加液位计改造方案及改造后效果

3.1 7、8号低加的导波雷达液位改造方案

今年3号机组小修时完成7、8号低加的导波雷达液位计改造工作,改造后一定程度上减少了运行调整量,同时使得机组经济性有了明显的提高,实际安装原理为:该导波雷达液位计液位测量筒上分汽侧及水侧两个取样口,安装时需在低加容器上汽侧及水侧重新开孔,这样不但工作量大,且重新开孔易增加凝汽器真空泄露的可能性,为了减少工作量及提高系统运行的安全性,于是在原低加容器磁翻板液位计的汽侧及水侧取样管上各增加一个三通阀,将导波雷达液位计通过三通阀与磁翻板的取样管焊接在一起,这样就不需要在低加容器上另外开孔,减少了费用及工作量,同时也便于以后的维护。

3.2改造后的效果比较

以7A低加为例,7A低加改造前的水位与疏水门的曲线见图1,7A低加改造后的水位与疏水门的曲线见图2。

对比改造前后低加水位与疏水门的开度变化,在改造前,低加水位测量受压力及温度等因素影响较大,水位发生波动时,疏水门无法对实际水位进行有效的调节,改造后,低加水位测量的干扰因素已被清除,低加水位与疏水门的曲线波动趋于一致,相对于改造前的曲线要稳定许多,可以实现低加水位的自动调节。

4结论

从经济效益角度来看,此次技改的费用约为24万元,投资成本不高日常维护费用较低,按年利用小时5000h粗略计算三年可收回成本。

从安全生产角度来看,此次技改后7、8号低加水位均可投入自动调整,避免了人为调整不及时水位失控满水造成汽轮机进水的恶性事故发生,同时由于水位控制在了标准水位附近避免了汽液两相流冲刷事故疏水及正常疏水阀门、管道,提高了设备的安全性。

总之,大唐宁德电厂#3机7、8号低加液位计改造比较成功,基本实现了预期效果,非常值得同类型的600MW机组借鉴。

参考文献

[1]魏伟.国产600MW机组7、8号低加疏水异常分析及对策.青海电力,1006-8198(2007)02-0053-05

[2]刘永芬.导波雷达液位变送器的设计选型及应用.仪器仪表与分析监测,1002-3720.0.2002-03-006